Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Метод снижения антропогенного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Метод снижения антропогенного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду"

На правах рукописи

ЮРЬЕВ ЮРИЙ ЮРЬЕВИЧ

МЕТОД СНИЖЕНИЯ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ

СРЕДУ

Специальности 03.00.16 Экология

05.23.04 Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВОЛГОГРАД-2005

Работа выполнена в Волгоградском государственном архитектурно -строительном университете

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент КСЕНОФОНТОВ Виктор Алексеевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, КАБЛОВ Виктор Федорович

профессор

кандидат технических наук, доцент ЖМАКОВ Геннадий Николаевич Ведущая организация: ООО «ГГГБ ПСО

Защита диссертации состоится 27 декабря 2005 года в II00 часов на заседании диссертационного совета К212.026.03 в Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. В-710.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан 25 ноября 2005 г.

Ученый секретарь

Волгоградгражданстрой»

диссертационного совета

Н.М. Сергина

канд. техн. наук, доцент

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Анализ современных технологий утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) показал, что в последние десятилетия, как в нашей стране, так и за рубежом, широкое применение находит такой метод утилизации, как складирование ТБО на специально оборудованных полигонах. Полигоны ТБО являются сложными инженерными сооружениями, к которым предъявляют повышенные требования экологической безопасности на протяжении всего жизненного цикла, т.е. к выбору площадки и конструкции, строительству, эксплуатации, мониторингу и рекультивации.

Рассматривая полигон ТБО, как источник загрязнения окружающей среды, можно выделить три основных вида антропогенного его воздействия: загрязнение подземных и поверхностных вод, почв и подстилающих грунтов фильтратом полигона; загрязнение атмосферы газообразными веществами полигона, которые образуются при распаде органических составляющих захороненных отходов; загрязнение земель, непосредственно отчуждаемых под полигон.

Одним из основных видов загрязнения окружающей среды полигонами ТБО, являются фильтрационные воды (ФВ).

Образующийся фильтрат характеризуется высоким (в сотни раз превышающим ПДК) содержанием токсичных органических и неорганических веществ. Несмотря на то, что абсолютное количество фильтрата незначительно, из-за высоких концентраций загрязняющих веществ он представляет серьёзную угрозу для окружающей среды. Поэтому на стадии проектирования, строительства, а также в процессе эксплуатации полигонов неизбежно возникает проблема сбора и обезвреживания фильтрационных вод, образующихся в «теле» полигона.

В связи с этим, оценка антропогенного воздействия на окружающую среду полигонов ТБО и разработка мероприятий по снижению этого воздействия на стадии проектирования и строительства является актуальной задачей.

нус. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

С.ПепФпгШ \

ВЭ Ж> «*М \ ш ш г*

Работа выполнялась в рамках программы «Отходы» Федеральной целевой программы «Экология и природные ресурсы России (2002 - 2010 годы)» и тематического плана научно-исследовательских работ Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Цель работы — снижение антропогенного воздействия на окружающую среду полигонов ТБО на основе применения разработанного метода очистки фильтрационных вод.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- оценка полигонов ТБО как источников экологической опасности;

- анализ существующих технологий очистки фильтрационных вод;

- исследование химического состава ФВ полигона ТБО (на примере г.Волгограда);

экспериментальные исследования эффективности применения аэробного метода очистки фильтрационных вод на модельных и реальных растворах;

экспериментальные исследования эффективности применения предварительной электрохимической обработки ФВ;

- разработка технологической схемы обезвреживания фильтрационных вод полигона ТБО;

- разработка рекомендаций по определению эколого-экономического эффекта от внедрения технологической схемы очистки фильтрационных вод при проектировании новых полигонов ТБО.

Основная идея работы состоит в повышении экологической безопасности полигонов ТБО посредством разработки эффективного и экономически оправданного метода очистки фильтрационных вод полигонов ТБО.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, натурные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и

корреляционного анализа с применением ПК, лабораторные и опытно-промышленные исследования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях.

Научная новизна работы:

- определен состав фильтрационных вод (на примере одного из пяти полигонов ТБО города Волгограда);

- выявлены причины низкой эффективности аэробной биологической очистки фильтрата полигонов ТБО;

- выявлено, что на величину илового индекса при биологической очистке влияет концентрация тяжёлых металлов, содержащихся в фильтрате полигона;

- установлены условия повышения качества аэробной биологической очистки - предварительная электрохимическая обработка ФВ;

- определены параметры электрохимической обработки ФВ;

- проведен анализ факторов, определяющих эколого-экономический эффект.

Практическое значение работы:

- разработана технологическая схема очистки ФВ, рекомендованная к практическому внедрению, при проектировании полигонов ТБО, позволяющая на 40 - 45% снизить антропогенное воздействие на окружающую среду, вследствие ликвидации очага загрязнения - фильтрационных вод полигона.

- предложен способ повышения эффективности аэробной биологической очистки: предварительная обработка ФВ электрохимическим способом;

- рекомендованы условия проведения электрохимической обработки ФВ;

- разработана и рекомендована к внедрению установка для проведения электрохимической обработки ФВ.

Реализация результатов работы:

- рекомендации по снижению экологической опасности полигонов ТБО и проектированию системы очистки фильтрата использованы при эксплуатации полигона ТБО Городищенского района города Волгограда;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрой ВиВ ВолгГАСУ в курсах лекций и дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальностям 330200 «Инженерная защита окружающей среды» и 290800 «Водоснабжение и водоотведение».

На защиту выносятся:

- результаты анализа состава фильтрационных вод исследуемого полигона ТБО города Волгограда;

- результаты исследования по выявлению причин низкой эффективности аэробной биологической очистки фильтрата полигонов ТБО;

- установленные условия повышения качества аэробной биологической очистки в результате использования электрохимической обработки ФВ;

- результаты исследований по определению параметров и условий проведения эффективной электрохимической обработки ФВ;

- установленные факторы, определяющие эколого-экономический эффект в результате использования разработанного метода очистки ФВ при строительстве полигонов ТБО.

Апробаиия работы. Основные положения и результаты докладывались и получили одобрение на: Международной научно - практической конференции «Архитектура, строительство, экология» (г. Волгоград, 2002г.), VII, VIII региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области по экологии (г. Волгоград, 2002, 2003гг.), научно-практической конференции, посвященной 70 - летаю ФГУП «НИИ ВОДГЕО» (г. Москва, 2004г.), ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 113 страниц, в том числе: 101 страница - основной текст, содержащий 17 таблиц на 18 страницах, 4 рисунка на 4 страницах, список литературы из 105 наименований на 9 страницах, 1 приложение на 4 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проведенные исследования показали, что современные реализованные зарубежные проекты полигонов ТБО предполагают обезвреживание ФВ с использованием биохимической очистки. Однако этот метод не подходит для условий отечественных полигонов, так как происходит вспухание активного ила по неисследованным ранее причинам.

Анализ зарубежных и отечественных публикаций, многолетние исследования условий образования ФВ полигонов захоронения ТБО Волгоградской области позволили из всего многообразия факторов, влияющих на состав и объем фильтрата, выделить наиболее значимые: морфологический состав ТБО; мощность полигона ТБО; влажность отходов; климатические особенности (температура, влажность); инженерная инфраструктура полигона; предварительная обработка отходов.

Ситуация со сбором и утилизацией ТБО в г. Волгограде типична для большинства городов России. Основная их часть (около 90%) складируется на пяти полигонах твердых бытовых отходов.

В качестве объекта исследования был выбран полигон ТБО г. Волгограда, находящийся по адресу: Волгоградская область, Городищенский район, хутор Овражный, который, как и другие полигоны ТБО Волгограда является, крупным источником загрязнения окружающей среды. К концу 2004 года на его площади 21,7 га накоплено около 15 млн. м3 отходов.

В течение трёх лет (2001 - 2004 г.г.) изучался морфологический состав складируемых отходов. В результате установлено: пищевые отходы — 20,7 -31%; древесина - 0,4 - 1,0%; макулатура - 30,2 - 38,3%; текстиль - 5,1 - 6,2%;

кожа - 035 - 0,40%; резина - 035 - 0,45%; полимерные материалы - 11,2 -13,1%; черные и цветные металлы - 7,6 - 9,8%; стекло - 5,8 - 7,4%; строительный мусор - 8,6 - 11,6%; прочие - 9,7 - 12,7%.

Исходная влажность ТБО составляет в среднем 55 - 60% и зависит от времени года, количества органических составляющих в отходах и их плотности.

Ориентировочный объём фильтрата на рассматриваемом полигоне образовавшийся, за период эксплуатации с 1959 по 2004 год, составил 3758 тыс. м3 (=83,5 тыс. м3/год).

Образующийся в толще отходов фильтрат проникает в грунтовые воды, выходит на поверхность тела свалки и накапливается в углублениях рельефа местности, загрязняя почвы и подстилающие грунты, испарение фильтрата приводит к загрязнению атмосферы Все эти негативные факторы наносят непоправимый урон окружающей среде.

Для разработки метода обезвреживания фильтрата, образующегося в толще полигона, проведен предварительный химический анализ его состава.

Результаты химического анализа фильтрата, выполненного по общепринятой программе исследования сточных вод, отобранного из надземных скоплений, на примере Волгоградского полигона ТБО, представлены в табл. 1.

Таблица № 1 - Характеристика химического состава фильтрационной воды на примере Волгоградского полигона ТБО

Показатели Размерность Значение Нормативный показатель

1 2 3 4

Взвешенные вещества мг/л 1340 фон + 0,25

ХПК МЮ2/Л 1150 30

БПКз мгОг/л 150 2

РН - 8,3 6,5 - 8,5

Солесодержание мг/л 5500 1000

Цветность ir 350 35

Электропроводность ом-см'1 9,5 -

Жесткость мг-экв/л 20,5 10

Окончание табл. 1

1 2 3 * 4

Нитриты мг/л 5,9 0,08

Нитраты мг/л 1320 40,0

СПАВ мг/л 53 0,5

Сухой остаток мг/л 8850 1000

Ионы аммония мг/л 640 0,5

Сульфаты мг/л 122 500

Фосфаты мг/л 8,6 0,05

Марганец мг/л 3,60 0,01

Свинец мг/л 0,8 0,01

Медь мг/л и 0,001

Бериллий мг/л 7,8 0,0002'

Алюминий мг/л 3,6 0,5'

Хром мг/л 1,28 0,005

Железо мг/л 47,0 0,1

Цинк мг/л 7,2 0,01

Кадмий мг/л 5,8-10"' 0,001'

Ртуть мг/л 8,1-10"* 0,0005''

Фенол мг/л 2,5 0,001

Гуминовые соединения мг/л 120 -

* - нормативные показатели для вод рыбохозяйственного значения.

Анализ полученных данных показывает (табл.1), что по содержанию загрязняющих веществ фильтрат Волгоградского полигона ТБО подобен другим аналогичным фильтратам полигонов. В составе ФВ определено 26 металлов концентрации которых превышают нормативные показатели, из них наибольшую угрозу для окружающей среды представляют: бериллий, алюминий, хром(М), железо, медь, цинк, марганец, свинец. По высокому содержанию взвесей (26,8ПДК), а также перечисленных металлов исследуемый фильтрат следует отнести к высокозагрязненным сточным водам

Показано, что среди веществ фильтрата идентифицировано значительное количество металлов (марганец, свинец, медь, бериллий, алюминий, хром, железо, медь, цинк, ртуть), способных образовывать комплексные соединения с органическими соединениями гуминовыми веществами.

Гуминовые вещества, концентрация которых в ФВ составляет 120 мг/л, выступают в качестве органических лигандов, образуя устойчивые комплексные соединения с ионами ряда металлов.

Для определения возможности применения биохимического метода очистки ФВ исследуемого полигона были проведены эксперименты на примере очистки реального фильтрата, состав которого представлен в (табл. 1), а также с использованием модельных растворов, содержащих типичные компоненты для ФВ: фенолы, крезолы, комплексные соединения тяжелых металлов и гуминовые вещества.

В качестве модельных растворов были выбраны: гуматы железа (II), гуматы меди (П), растворы неорганических солей железа (II), цинка (II), меди (И), хлориды.

Исследование процесса биохимической очистки с использованием адаптированного активного ила отобранного на сооружениях биологической очистки городских сточных вод г.Волгограда, проводили на модельных лабораторных установках работающих в режиме идеального вытеснения

Эксперименты по аэробной очистке показали, что очистка ФВ в аэротенках затруднена за счет высокого содержания в ФВ соединений фенольного типа, тяжелых металлов, хлорорганических соединений и других ингибирующих и биорезистентных примесей, а также высокой минерализации.

Решение обозначенной задачи потребовало проведения химического анализа ФВ по органическим компонентам и, далее, выявления химической составляющей, снижающей эффективность биохимической очистки.

Проведенный анализ (табл. 2) показал присутствие в ФВ органических макроструктур с функциональными группами, содержащими кислород и расположенными в алифатических цепочках или ароматических кольцах (в качестве заместителей).

Таблица №2 - Состав органических загрязнений и их концентрации в фильтрате

на примере Волгоградского полигона ТБО

№ Вещества Концентрация, мг/л

Углеводороды

1 Нонан 0,010

2 Декан 0,010

3 Ундекан 0,015

4 Этилбензол 0,010

Спирты

5 Этиловый спирт 0,025

6 2-бутанол 0,010

7 2-этилгексанол 0,085

Альдегиды

8 3-циклогексилметанол 0,125

9 Бензол 0,120

10 Фенол 2,420

11 2,6-ди-третбутил-метилфенол 5,430

12 Крезол (о-, м-, п-, крезолы; 2-метилфенол, 3-метилфенол, 4- метилфенол) 1,165

13 Оксиндол (2-индолинон) 2,150

14 Дипрогшленгликоль (1,1 - оксидипропанол) 1,030

15 Ацетальдегид 2,080

16 Декадиенталь 1,175

Кетоны

17 2-бутанол 0,140

Органические кислоты

18 Муравьиная 2,800

19 Уксусная 340,000

20 Пропионовая (пропановая) 120,000

21 Валериановая (изовалериановая) 325,000

22 6-аминогексановая 3,140

Эфиры

23 Ы-этил-, КГ-фенил-бензметиламин 3,540

Серосодержащие соединения

24 Сероуглерод 1,020

25 Этилмеркаптан 2,025

26 Диметилдисульфид 3,015

Факт преобладания низкомолекулярных кислот среди идентифицированных органических соединений указывает на то, что в твердой

и жидкой фазах толщи бытовых отходов на полигоне быстро протекает аэробная деструкция органических веществ, а накопившейся фильтрат уже содержит мало легкоокисляемых органических загрязнений. Подтверждением этого предположения является низкая величина БПК5 (табл. 1).

В табл. 2 приведены количественные данные относительно индивидуальных органических соединений, идентифицированных в фильтрате Волгоградского полигона ТБО, способных выступать в качестве потенциальных лигандов в составе комплексных соединений с ионами металлов.

На основании проведенных исследований установлено, что при биохимической очистке фильтрата отравляющее воздействие на активный ил оказывают тяжёлые металлы, хлорорганические соединения, комплексные соединения - продукты взаимодействия тяжёлых металлов с органическими соединениями - гуминовыми веществами, выступающими лигандами. Это выявило необходимость обязательного удаления перечисленных веществ перед биохимической очисткой фильтрационных вод.

Результаты многочисленных экспериментов показали, что в качестве доступного и эффективного способа разрушения указанных соединений возможно использовать электрохимическую обработку ФВ постоянным током, что позволяет далее эффективно проводить биохимическую очистку фильтрата.

Предварительную очистку ФВ предлагается проводить, в специально разработанном в ходе исследований электролизёре (рис. 1).

Электрохимическая обработка обеспечивает высокий эффект удаления тяжёлых металлов представленных, в основном, в виде комплексных ионов, где функцию лигандов выполняют гуминовые вещества.

Наличие солей в ФВ увеличивает электропроводность и делает процесс экономически целесообразным.

Под воздействием электрического тока комплексные ионы разрушаются, свободные ионы подвергаются гидролизу с образованием нерастворимых гидроокисей - хлопьев, которые сорбируют частицы загрязнений, в том числе

коллоидные. Образующиеся системы довольно быстро оседают в резервуаре для осадка 6 (рис.2).

Лиганды - гуминовые вещества - окисляются на анодной поверхности до СОг, НгО, а на катодной, восстанавливаясь атомарным водородом, образуются смолообразные вещества, также переходящие в осадок.

Рис. 1. Схема электролизера для предварительной обработки ФВ

Применение нерастворимых анодов, обеспечивает наибольшую активность электрохимических реакций. В частности, специальная конструкция анода (графитовая сетка) обеспечивает наибольшую площадь контакта обрабатываемой жидкости с поверхностью нерастворимого анода. Одновременно, при электрохимической обработке, вследствие выделения на аноде хлора, происходит обеззараживание фильтрата

Однако при «подготовке» фильтрата к биохимической очистке возникали трудности в связи с нестабильностью фазового состояния стоков, что приводило к снижению эффективности процесса. Поэтому в данной работе

было поведено усовершенствование конструкции электролизёра, способного не только выполнять электрохимические функции, а также интенсивно перемешивать раствор.

Результаты проведенных исследований позволили доказать, что обеззараживание фильтрационных вод возможно проводить принципиально другим методом, таким как - электрохимический.

В ходе многочисленных исследований определены рациональные параметры процесса электрохимической обработки: материал анода -графитовая сетка; материал катода - нержавеющая сталь; плотность тока (¡) -10-30 тА/см2; время обработки (т) - 7 - 10 мин; температура - 20 -25 С; рекомендуемая высота установки от 0,8 до 1,0 м.

Возможно использование каскадной электрохимической очистки двух, трёх электролизеров или проведение электрохимической очистки совместно с биохимической.

В результате проведенных исследований определены рациональные условия электрохимического обезвреживания ФВ. Разработана и рекомендована к практическому внедрению технологическая схема очистки ФВ полигонов ТБО (рис.2), включающая электрохимическую и биохимическую очистку фильтрата до нормативных показателей для вод рыбохозяйственного назначения.

Фильтрат с полигона ТБО по дренажной системе поступает в отстойник -накопитель 1, где происходит усреднение его состава. Насосом 2 отстоянная фильтровальная вода подается в электролизер периодического действия 3, где в течение 7-10 минут происходит обработка фильтрата электрическим током. Осадок из электролизёра направляется в резервуар для осадка 6, а обработанная фильтровальная вода накапливается в аккумулирующей ёмкости 5, откуда поступает на стадию биохимической очистки. Осадок, по мере накопления в резервуаре 6 перекачивается на полигон.

Предлагаемая схема позволяет доступными приемами обезвредить фильтрат полигонов ТБО (табл.3), а избыточный активный ил после соответствующей обработки может использоваться в качестве

сельскохозяйственных удобрений за счет извлечения из ФВ тяжёлых металлов на начальной - электрохимической - стадий очистки. Процессы очистки осуществляются при нормальных температурах, в открытых емкостях при небольшой продолжительности без применения дорогостоящих реагентов. В результате внедрения предлагаемой схемы очистки ФВ, предотвращенный эколого-экономический ущерб от загрязнения окружающей среды фильтратом Городищенского полигона ТБО города Волгограда ориентировочно составит 1,6 млн. рубУгод.

Таблица № 3 - Показатели загрязнений фильтрационной воды после

первой и второй ступени очистки

------ Показатели

Показатели Размерность ДО очистки после электрохимической после биохимичес кой очистки Нормативные

очистки

1 2 3 4 5 6

Взвешенные вещества мг/я 1340 141,6 32 фон+0,25

ХПК мгс>2/л 1150 150 25 30

БПК3 мгОг/л 150 100 3 2

рН - 8,3 7,0 7,3 6,5 - 8,5

Солесодержание мг/л 5500 2210 950 1000

Цветность ч?, 350 70 30 35

Электропроводность ом-см'1 9,5 2,3 1,5 -

Жесткость мг-экв/л 20,5 18,1 15 10

Азот аммонийный мг/л 1800 810 0,45 0,5

СПАВ мг/л 53 20,4 0,23 0,5

Сухой остаток мг/л 8850 3720 1100 1000

Ионы аммония мг/л 640 120,4 0,5 0,5

Сульфаты мг/л 122 320,0 440 500

Фосфаты мг/л 8,6 0,10 0,08 0,05

Марганец мг/л 3,60 0,015 0,013 0,01

Свинец мг/л 0,8 0.005 0,002 0,01

Медь мг/л 1,2 0 0 0,001

Бериллий мг/л 7,8 0 0 0,0002-'

Алюминий мг/л 3,6 0 0 0,5"*

Хром мг/л 1,28 0 0 0,005

Железо мг/л 47,0 15,7 0,06 0,1

Цинк мг/л 7,2 0,2 0,009 0,01

Кадмий мг/л 5,8-10"'' 0 0 0,00 Р

Ртуть мг/л 8,110ч 0 0 0,0005'

Фенол мг/л 2,5 2.1 0 0,001

Гуминовые соединения мг/л 120 34 10 -

* - нормативные показатели для вод рыбохозяйственного значения.

ФВ с полигона ТБО -

Осадок на ^ полигон

ГТ^ У

1/ 13 "

Очищенная ■ода

Рис. 2 Технологическая схема очистки фильтрационных вод полигонов ТБО:

1 - отстойник - накопитель; 2 - насос подачи ФВ на очистку; 3 - электролизер; 4 - выпрямительное устройство; 5 - аккумулирующая ёмкость; 6 - резервуар для осадка; 7 - плунжерный насос для подачи осадка на полигон ТБО; 8 - аэротенк; 9 - трубопровод возвратного активного ила; 10 - насос возвратного активного ила; 11 - подача воздуха; 12 - вторичный отстойник; 13 - избыточный активный ил на полигон ТБО

15-20%

В Загрязнение воздушного бассейна (15-20%) ■ Загрязнение фильтратом (40-45%) □ Загрязнение земель отходами (45-50%)

45 - 50%

40 - 45%

4

Рис.3 Основные виды антропогенного воздействия полигона ТБО на окружающую среду.

Исходя из того, что загрязнение окружающей среды фильтратом составляет в среднем 40 - 45% от общего загрязнения полигоном (рис.3), то можно судить о том, что внедрение предлагаемой схемы очистки ФВ, позволяющей перевести фильтрат полигона из группы токсичных сточных вод, в группу условно чистых, пригодных для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения, снизит антропогенное воздействие полигона ТБО на окружающую среду на 40 - 45%.

В диссертационной работе дано новое решение актуальной проблемы минимизации антропогенного воздействия на окружающую среду фильтрационных вод полигонов ТБО.

Основные выводы по работе:

1. Дана оценка антропогенного воздействия полигона ТБО как источника экологической опасности на окружающую среду.

2. Выявлен основной фактор загрязнения окружающей среды полигонами ТБО - фильтрационные воды.

3. На основании анализа существующих технологий очистки, изучения состава ФВ предложены мероприятия по обезвреживанию образующихся стоков:

- поэтапное обеззараживание ФВ, включающее электрохимический и биологический методы очистки;

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

- электрохимическая обработка позволяет снизить концентрацию токсичных веществ в фильтрате на 85-87%;

- после биохимической очистки вода пригодна для сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения.

4. Разработана технологическая схема обезвреживания ФВ, рекомендованная к практическому внедрению, в результате которого на 40 - 45% снижается антропогенное воздействие на окружающую среду, рассматриваемого инженерного сооружения.

5. Сформулированы рекомендации, для проектирования вновь создаваемых инженерных сооружений - полигонов ТБО.

6. Определен предотвращенный эколого-экономический ущерб в результате ликвидации очага загрязнения, посредством применения разработанного метода очистки ФВ на примере Волгоградского полигона ТБО, который составил 1,6 млн. руб./год.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ: 1 Юрьев, Ю.Ю. Метод снижения антропогенного воздействия на окружающую среду полигонов ТБО [Текст] / В. А. Ксенофонтов, Е. В. Москвичева, Ю. Ю. Юрьев // Поволж. эколог, веста. - Волгоград, 2005. - Вып.6. - С. 60-62.

2. Юрьев, Ю.Ю. Очистка фильтрационных вод полигонов ТБО [Текст] / Ю.Ю. Юрьев // Современный дом: каталог / XIX Межрегион, специализ. выставка. -Волгоград, 2005. - С. 59-60.

3. Юрьев, Ю.Ю. Электрохимический метод очистки фильтрационных вод полигонов твердых бытовых отходов [Текст] / Ю.Ю. Юрьев // WASMA-2005 / управление отходами: сб. науч. тр. - М., 2005. - С. 84-86.

4. Юрьев, Ю.Ю. Электрохимическая обработка фильтрата полигонов ТБО [Текст] / Ю.Ю. Юрьев // ВэйстТэк-2005: сб. науч. тр. - М., 2005. - С. 31 - 33.

5. Юрьев, Ю.Ю. Исследование процесса вспухания активного ила [Текст] / В.А. Ксенофонтов, Ю. Ю. Юрьев // Водоснабжение, водоотведение, гидротехника,

инженерная гидрогеология: сб. науч. тр. /НИИ ВОДГЕО - М., 2004. - С. 116118.

6. Юрьев, Ю.Ю. Методы борьбы с вспуханием активного ила [Текст] / В.А. Ксенофонтов, Ю.Ю. Юрьев // VIII Регион, конф. молодых исследователей Волгог. обл.: сб. науч. тр. /Волгогр. гос. арх.-строит. академия - Волгоград, 2003. - Секция №16 Экология, охрана среды, строительство. - С. 42-43.

7. Юрьев, Ю.Ю. Исследование процесса вспухания активного ила [Текст] / В.А. Ксенофонтов, Ю.Ю. Юрьев // Науч.-практ. конференция-семинар Архитектура, Строительство, Экология.: сб. науч. тр. / Волгогр. гос. арх.-строит. академия -Волгоград, 2002. - С. 41-43.

8. Юрьев, Ю.Ю. Исследование процесса нитрификации в аэротенках при хлорировании активного ила [Текст] / Ю.Ю. Юрьев // VII Регион, конф. молодых исследователей Волгог. обл.: сб. науч. тр. / Волгогр. гос. арх.-строит. академия - Волгоград, 2002. - Секция №16 Экология, охрана среды, строительство. - С. 42-43.

Р-25 7 68

РНБ Русский фонд

2006-4 30082

ЮРЬЕВ ЮРИЙ ЮРЬЕВИЧ

МЕТОД СНИЖЕНИЯ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 23.11.2005 г. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 622.

Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1. Сектор оперативной полиграфии ЦИТ

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Юрьев, Юрий Юрьевич

Введение

ГЛАВА 1. ПОЛИГОНЫ ТВЁРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ.

1.1. Современные масштабы проблемы твёрдых бытовых 9 отходов.

1.2. Устройство полигонов ТБО.

1.3. Водный баланс полигонов ТБО.

1.4. Химический состав ФВ.

1.5. Микробиологический состав.

1.6. Технологии очистки фильтрационных вод.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, АППАРАТУРА И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Характеристика Волгоградского полигона захоронения 38 ТБО.

2.2. Материалы и методы исследования.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ФВ.

3.1. Исследование неорганического состава фильтрата.

3.2. Исследование органического состава фильтрата

ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

БИОХИМИЧЕСКОГО МЕТОДА ОЧИСТКИ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ВОД ПОЛИГОНОВ ТБО.

4.1. Очистка фильтрационных вод в аэробных условиях.

4.2. Исследование причин вспухания активного ила при 57 аэробной биологической очистке ФВ полигона ТБО г. Волгограда.

ГЛАВА 5. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССА БИОЛОГИЧЕСКОЙ 62 ОЧИСТКИ ФВ ПОЛИГОНОВ ТБО. 5.1. Электрохимическая обработка фильтрата ТБО.

5.1.1. Основные металлы, инициирующие процесс деления 69 * нитчатых микроорганизмов.

5.1.2. Подбор условий для лабораторного моделирования процесса электрохимической обработки ФВ.

ГЛАВА 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛЕЧИНЫ ПРЕДОТВРАЩЕННОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО УЩЕРБА.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Метод снижения антропогенного воздействия полигонов твердых бытовых отходов на окружающую среду"

Актуальность проблемы. Проблема утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) является одной из острых и близкой к критической для большинства городских комплексов России. Анализ современных технологий утилизации твердых бытовых отходов показал, что в последние десятилетия, как в нашей стране, так и за рубежом, широкое применение находит такой метод, как складирование ТБО на специально оборудованных полигонах. Вместе с тем, в период строительства и эксплуатации сами полигоны становятся источником негативного воздействия на окружающую среду застроенных территорий.

Рассматривая в этом аспекте полигон ТБО, можно отметить, что одним из основных видов его антропогенного воздействия (40-45%) является загрязнение подземных и поверхностных вод, почв и подстилающих фунтов фильтратом полигона. Источники образования фильтрата - поступающие в толщу полигона атмосферные осадки, а также влага, содержащаяся в самих отходах. Образующийся фильтрат характеризуется высоким (в сотни раз превышающим ПДК) содержанием токсичных органических и неорганических веществ. Несмотря на то, что абсолютное количество фильтрата незначительно, из-за высоких концентраций загрязняющих веществ он представляет серьёзную угрозу для окружающей среды населенных пунктов.

Поэтому разработка методов снижения антропогенного воздействия фильтрационных вод полигонов ТБО и внедрение их в практику проектирования, строительства и эксплуатации этих инженерных сооружений является актуальной задачей.

Работа выполнялась в рамках программы «Отходы» Федеральной целевой программы «Экология и природные ресурсы России (2002 - 2010 годы)», а также в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Цель работы - снижение антропогенного воздействия полигонов ТБО на окружающую среду застроенных территорий посредством применения в практике проектирования, строительства и эксплуатации разработанного метода очистки фильтрационных вод.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- оценка полигонов ТБО как источников загрязнения атмосферного воздуха, почв, подземных и поверхностных вод;

- анализ существующих технологий очистки фильтрационных вод;

- исследование химического состава ФВ полигона ТБО на примере г. Волгограда;

- экспериментальные исследования по оценке эффективности применения аэробного метода очистки фильтрационных вод на модельных и реальных растворах;

- экспериментальные исследования по оценке эффективности применения предварительной электрохимической обработки ФВ;

- разработка технологической схемы обезвреживания фильтрационных вод полигона ТБО; оценка эколого-экономического эффекта от внедрения технологической схемы очистки фильтрационных вод на новых полигонах ТБО.

Основная идея работы состоит в повышении экологической безопасности полигонов ТБО посредством разработки эффективного и экономически оправданного метода очистки фильтрационных вод полигонов ТБО.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов, натурные исследования, обработку экспериментальных данных методами математической статистики и корреляционного анализа с применением ПК, лабораторные и опытно-промышленные исследования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, планированием необходимого объема экспериментов, подтверждена удовлетворяющей сходимостью полученных результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и опытно-промышленных условиях.

Научная новизна работы:

- определен состав фильтрационных вод (на примере одного из пяти полигонов ТБО города Волгограда), обусловливающий негативное воздействие на окружающую среду застроенных территорий;

- экспериментально выявлены основные факторы низкой эффективности аэробной биологической очистки фильтрата полигонов ТБО вызывающие вспухание активного ила;

- экспериментально установлены условия повышения качества аэробной биологической очистки - предварительная электрохимическая обработка ФВ;

- определены рациональные параметры электрохимической обработки, способствующие повышению эффективности аэробной биологической очистки ФВ;

- проведен анализ факторов, определяющих эколого-экономический эффект.

Практическое значение работы:

- разработана и рекомендована к практическому внедрению технологическая схема процесса обезвреживания ФВ, позволяющая на 40 -45% снизить антропогенное воздействие на окружающую среду застроенных территорий полигонов ТБО; разработан электрохимический способ удаления соединений, снижающих эффективность аэробной биологической очистки, внедрение которого позволяет снизить концентрации токсичных веществ в фильтрате на 85-87%.

Реализация результатов работы:

- рекомендации по снижению экологической опасности полигонов ТБО и проектированию системы очистки фильтрата использованы при эксплуатации полигона ТБО Городищенского района г. Волгограда;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрой ВиВ ВолгГАСУ в курсах лекций и дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальностям 330200 «Инженерная защита окружающей среды» и 290800 «Водоснабжение и водоотведение».

На защиту выносятся: результаты анализа состава фильтрационных вод исследуемого полигона ТБО г. Волгограда, обусловливающего негативное воздействие на окружающую среду застроенных территорий; результаты исследования по выявлению причин низкой эффективности аэробной биологической очистки фильтрата полигонов ТБО; установленные условия повышения качества аэробной биологической очистки для снижения антропогенного воздействия полигонов ТБО на окружающую среду застроенных территорий в результате использования электрохимической обработки ФВ; результаты исследований по определению параметров и условий проведения эффективной электрохимической обработки ФВ. Апробация работы. Основные положения и результаты докладывались и получили одобрение на: Международной научно — практической конференции «Архитектура, строительство, экология» (г. Волгоград, 2002г.), VII, VIII региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области по экологии (г. Волгоград, 2002, 2003гг.), научно-практической конференции, посвященной 70 - летию ФГУП «НИИ ВОДГЕО» (г. Москва, 2004г.), ежегодных научно-технических конференциях Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы 124 страниц, в том числе: 106 страниц - основной текст, содержащий 18 таблиц на 22 страницах, 7 рисунков на 7 страницах, список литературы из 105 наименований на 10 страницах, 1 приложение на 7 страницах.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Юрьев, Юрий Юрьевич

ВЫВОДЫ:

1. Исследован состав фильтрационных вод полигона твёрдых бытовых отходов (на примере одного из пяти полигонов ТБО г. Волгограда), обусловливающий негативное воздействие на окружающую среду застроенных территорий.

2. Экспериментально выявлены основные факторы (высокие концентрации тяжёлых металлов, хлорорганических соединений, присутствующих в ФВ), обусловливающие снижение эффективности биологической очистки фильтрата полигонов ТБО вследствие вспухания активного ила.

3. Разработан электрохимический способ удаления соединений, снижающих эффективность аэробной биологической очистки, внедрение которого позволяет снизить концентрации токсичных веществ в фильтрате на 85-87%.

4. Определены рациональные условия электрохимической подготовки фильтрационных вод, способствующие повышению эффективности аэробной биологической очистки фильтрата и снижению негативного воздействия полигонов ТБО на окружающую среду населенных пунктов.

5. Разработана и рекомендована к практическому внедрению технологическая схема процесса обезвреживания ФВ, позволяющая на 40 — 45% снизить антропогенное воздействие на окружающую среду за строенных территорий полигонов ТБО.

6. Предполагаемый эколого-экономический эффект в результате применения разработанного метода очистки ФВ на примере Волгоградского полигона ТБО ориентировочно составил 1,6 млн. руб./год.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная задача снижения антропогенного воздействия на окружающую среду фильтрационных вод полигонов ТБО посредством разработки эффективного метода очистки ФВ.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Юрьев, Юрий Юрьевич, Волгоград

1. Экологическая биотехнология / Под ред.К.Ф. Фостера. Л.:Химия,1990. 383с.

2. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды

3. Российской Федерации в 1999 году». М., 2000. 580с.

4. Гухман Г.А. Свалки в Москве.//Энергия: Экон., техн., экол. 1998. №9.с.28-31.

5. Е. Е. Мариненко, Ю. Л. Беляева, Г. П. Комина. Тенденции развития систем сбора и обработки дренажных вод и метаносодержащего газа на полигонах твердых бытовых отходов: Отечественный и зарубежный опыт. СПб.: Недра, 2001. 160с.

6. Гелетуха Г.Г., Марценюк З.А. Обзор технологий добычи и использования биогаза на свалках твердых бытовых отходов и перспективы их развития в Украине.//Экотехнологии и ресурсосбережение. 1999. №4. С.7-13.

7. Taschenbuch der Wasserwirtschaft / НУ Brettschneider, К. Lecher, М. Schmidt. Hamburg, Berlin: Parey, 1993. 980 S.

8. Рязнощик B.B. (1981) Проектирование и эксплуатация полигонов длятвердых бытовых отходов. М.: Стройиздат., 104 с.

9. Перелыгин В. М. и Разнощик В. В. (1977) Гигиена почвы и санитарнаяочистка населенных мест. М.: Медицина, 198 с.

10. Разнощик В.В. (1976) Огнем и микробами. М.: Стройиздат, 96 с.

11. Разнощик В.В. и Абрамов Н.Ф. (1980) Некоторые вопросы очисткифильтрата твердых бытовых отходов с помощью экрана из суглинков.

12. Промышленные и полевые методы обезвреживания и переработкигородских отходов. Науч. тр. АКХ им. К.Д. Памфилова. Вып. 176. М.:1. АКХ, с. 63-70.

13. Прокопов В.А., Толстопятова Т.В. и Мактаз Э.Д. (1995) Пути решения проблемы очистки фильтрата свалки твердых бытовых отходов г.12.